CN103137940B - 薄膜封装电气器件的制造方法和制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜封装电气器件的制造方法和制造装置。利用本发明的薄膜封装电气器件的制造方法实现:使得电解液在电极组内难以产生浸透不均,能够在短时间内将电解液注液。该薄膜封装电气器件的制造方法包括:减压工序,将设置有袋状层压薄膜封装体的注液腔内减压到比大气压低的压力,该袋状层压薄膜封装体具有开口部,并收纳有电极组,该电极组具有夹着隔离膜层叠起来的正极和负极;注液工序,在上述减压工序之后,将规定注液量的电解液从上述开口部向封装体内注液;注液后的减压工序,在上述注液工序之后,将注液腔内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。
Description
技术领域
本发明涉及以电池、电容器为代表的、将电气器件元件收容在层压薄膜中的薄膜封装电气器件的制造方法和制造装置。
背景技术
以电解电容器、电池为代表的电气器件是通过将电解液注液到装入有电极组的由金属等制成的外壳中而得到电气器件元件、并随后将外壳封闭而制造的。另外,在本说明书的说明中,将具有夹着隔离膜被层叠的正极和负极、且处于电解液的一连串的注液工序完毕之前的状态(阶段)的组件称为“电极组”,将处于电解液的一连串的注液工序完毕后的状态(阶段)的组件称为“电气器件元件”,以进行区别。
以往,通过将规定量的电解液注液到铅垂地竖立的外壳中、并随后长时间静置而使电解液渐渐渗透到电极组的间隙中。然而,通常,由于电极组是通过将电极板紧密层叠而成的,所以需要时间才能使电解液浸透到电极组的间隙中。到静置的电解液自然地渗透到电极之间的间隙中为止,需要放置例如一昼夜,生产效率极差。
此外,由于电解液的浸透速度极其缓慢,所以如果将所需要的量的电解液一次性供给到外壳内,则电解液会从外壳溢出。因此,采用了预先在外壳的开口部水密地安装罩、并将规定量的电解液预先注液到该罩内等方法。然而,由于该方法在外壳上一个一个地安装罩而耗费劳力和时间,因此难以提高制造效率。
在专利文献1中公开了一种用于解决这样的问题的电解液的注液·浸透方法。即,将外壳的开口部气密地封闭后进行减压,将电解液注液到被减压后的外壳中而使电解液浸透到电极组的间隙中。不是在大气压下注液电解液后进行减压,而是在将外壳内减压之后注液电解液,形成一端积液。在将电解液注液到被减压后的外壳中而使电解液渗透到电极组的间隙中之后,再使外壳内的压力上升而使积液的电解液渗透到电极组的间隙中。
该方法是暂时形成为减压状态而将存在于电极组的间隙中的、阻碍电解液的浸透的空气排除,形成为使电解液易于渗透到间隙中的状态后再注液电解液,之后,再进行加压而将积液的电解液注液。像这样利用减压和加压的组合,不仅缩短了浸透电解液所需要的时间,而且还防止了在将加压释放时电解液飞散。
另一方面,除了上述那样的使用金属制的外壳的电气器件之外,还开发了薄膜封装电气器件,该薄膜封装电气器件的封装体使用了将铝等金属层和热熔接性的树脂层夹着粘结剂叠合而构成为薄膜而成的层压薄膜封装体。通常,层压薄膜封装体形成为利用较薄的树脂层将铝等较薄的金属层的两个表面覆盖而成的结构,其耐酸、耐碱且轻质而又具有柔软性。
专利文献1:日本特许第3467135号公报
与金属制的外壳不同,薄膜封装电气器件的层压薄膜封装体具有柔软性。也就是说,层压薄膜封装体容易变形,因此会产生在注液电解液时也不易变形的金属制的外壳所没有的问题。
首先,注入到袋状层压薄膜封装体的开口部中的电解液不会在开口部形成积液,而会流入到电极组的主面与层压薄膜之间。因此,利用积液暂时将电极组相对于外部封闭、使在电极组与外部之间设置压力差而形成了积液的电解液浸透到电极组中这样的专利文献1所公开的方法不能被直接采用。因此,在使用层压薄膜封装体而构成的薄膜封装电气器件中,如上所述,需要时间来使电解液浸透到电极组的间隙中。到静置的电解液自然地渗透到电极之间的间隙中为止,需要放置例如一昼夜,生产效率极差。
此外,存在如下的问题:电解液并非以同样的速度向电极组内浸透,在使电解液浸透的部位,特别是在电极组的中央部,易于产生电解液不能充分浸透的现象(浸透不均)。该电解液的浸透不均也可能因层压薄膜具有柔软性而以褶皱的形式出现在层压薄膜的表面上。
此外,该电解液在电极组内的浸透不均使得在面内局部地产生正负极之间的离子传导特性较低的区域,其结果,产生电池的电气特性降低这样的不良情况。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种薄膜封装电气器件的制造方法及其装置,该薄膜封装电气器件的制造方法及其装置使得电解液在电极组内难以产生浸透不均,并能促进电解液在注液后在短时间内渗透、浸透。
为了达成上述目的,本发明的薄膜封装电气器件的制造方法具有包括以下的(1)~(3)的各工序的特征。
(1)具有减压工序,在该减压工序中,将设置有袋状层压薄膜封装体的注液腔内减压到比大气压低的压力,该袋状层压薄膜封装体具有开口部,并收纳有电极组,该电极组具有夹着隔离膜层叠起来的正极和负极。
(2)包括注液工序,在上述减压工序之后,将规定注液量的电解液从上述开口部向封装体内注液。
(3)包括注液后的减压工序,在上述注液工序之后,将注液腔内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。
此外,为了达成上述目的,本发明的薄膜封装电气器件的制造装置具有包括以下的(1)~(3)的各部件的特征。
(1)具有压力调整部件,该压力调整部件用于对设置有袋状层压薄膜封装体的注液腔内的压力进行调整,该袋状层压薄膜封装体具有开口部,并收纳有电极组,该电极组具有夹着隔离膜层叠起来的正极和负极。
(2)具有注液部件,该注液部件用于将电解液从上述开口部注入到封装体内。
(3)具有控制部件,该控制部件进行如下控制:利用上述压力调整部件使注液腔内减压到比大气压低的压力,在维持减压后的压力不变的状态下,利用上述注液部件使规定注液量的电解液向封装体内注液,之后,利用上述压力调整部件在上述注液之后将注液腔内的压力减压到比上述注液时的压力低的压力。
采用本发明,在减压状态下注液之后,减压到比注液时的压力低的压力,因此能够使电解液比注液时进一步凝缩而进一步渗透。其结果,能够提供使电解液不会产生浸不均、能使电解液在注液之后在短时间内渗透、浸透的薄膜封装电气器件的制造方法及其装置。
附图说明
图1是示意性地表示第1实施方式的薄膜封装电池的构成的剖视图。
图2(a)是示意性地表示第1实施方式的薄膜封装电池的完成立体图。
图2(b)是示意性地表示将图2(a)的第1实施方式的薄膜封装电池分解成各构成元件的状态的分解立体图。
图3是用于对第1实施方式的薄膜封装电池内的发电元件的主面及层叠侧面进行说明的发电元件的示意性的立体图。
图4是表示作为本发明的薄膜封装电气器件制造装置的一个代表性的实施方式(第1实施方式)的注液·浸透装置的构成的示意图,该注液·浸透装置用于将电解液向收纳有电极组的、具有开口部的袋状层压薄膜封装体(电池单元)内注液·浸透。
图5的(a)~图5的(j)是表示由本实施方式的注液·浸透装置进行的电解液的注液·浸透方法所得到的注液曲线和浸透状态的图。
图6是表示由本实施方式的注液·浸透装置进行的电解液的注液·浸透方法的各注液步骤的注液量和真空压力的图。
图7的(a)、图7的(b)是表示在注液时产生泡沫的状况的图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。另外,在附图的说明中,对同一元件标注相同的附图标记,省略重复的说明。此外,为了便于说明,将附图的尺寸比例进行了夸大,有时与实际的比例有所不同。
图1是示意性地表示第1实施方式的薄膜封装电池10的构成的剖视图。图2是示意性地表示第1实施方式的薄膜封装电池的立体图,图2(a)是薄膜封装电池的完成立体图,图2(b)是示意性地表示将图2(a)的第1实施方式的薄膜封装电池分解成各构成元件状态的分解立体图。
薄膜封装电池
首先,对第1实施方式的薄膜封装电池10的构成概要进行说明。
如图1所示,本实施方式的薄膜封装电池10具有这样的结构:将实际进行充放电反应的大致矩形的发电元件21封闭在作为封装体29的袋状层压薄膜的内部。详细而言,本实施方式的薄膜封装电池10具有发电元件21和封装体29,该封装体29由袋状层压薄膜构成,该封装体29将发电元件21连同设于发电元件21的正极集电部12b及负极集电部11b一起收纳。薄膜封装电池10还具有连接于正极集电部12b的正极引板27和连接于负极集电部11b的负极引板25。
这里,在本实施方式中,将具有夹着隔离膜被层叠的正极板(正极)16和负极板(负极)14、且处于电解液20的一连串的注液工序完毕之前的状态(阶段)的组件称为“电极组”,将处于电解液20的一连串的注液工序完毕之后的状态(阶段)的组件作为“发电元件”,以此进行区别。电解液20主要用于电解质层17,该电解质层17用于构成发电元件21。详细而言,能够通过将电解液20浸透到隔离膜中而形成电解质层17。不过,不必一定使所有的电解液20只浸透到隔离膜中,使电极活性物质层13、15中也浸透有电解液20较为理想,而且,电解液还可以存在于发电元件21与封装体29之间的间隙(空隙部)中。
如图2(a)、图2(b)所示,为了从发电元件21的各层电极(的负极集电体11、正极集电体12)引出电流,从发电元件21的各层电极(的负极集电体11、正极集电体12)延伸有负极集电部11b的由金属板(或者金属箔)构成的外延部11a、正极集电部12b的由金属板(或者金属箔)构成的外延部12a。各层电极(的负极集电体11、正极集电体12)各自的外延部11a、12a分别在负极集电部11b、正极集电部12b处连接于负极引板25、正极引板27。详细而言,在各个负极集电体11及正极集电体12上分别连接有外延部11a、12a的一端,在各外延部11a、12a的另一端上设置或者连接有各集电部11b、12b。此外,负极引板25及正极引板27具有如下的结构:以被夹在由袋状层压薄膜构成的封装体29的端部(封闭部或者封口部29f)的方式被导出到该封装体29的外部。负极引板25、正极引板27、负极集电部11b的外延部11a、正极集电部12b的外延部12a、各电极的负极集电体11及正极集电体12各自之间的连接利用超声波焊接、电阻焊接等来进行安装较为理想。
图2(a)、图2(b)中,在由袋状层压薄膜构成的封装体29上形成有用于收纳发电元件21的凹部29e,此外,关于封装体29示出了使两张层压薄膜相对并将4边封闭的类型。不过,本实施方式不限于此,也可以将未形成有凹部的平坦的层压薄膜用作封装体29,也可以适用于将1张层压薄膜折回并将3边封闭的类型。或者,也可以将未形成有凹部的两张平坦的层压薄膜用作封装体,也可以适用于使两张层压薄膜叠合并将4边封闭的类型等等,并无特别限制。
如图3所示,发电元件21是将均呈大致矩形的多个负极板(负极)14和多个正极板(正极)16夹着均呈大致矩形的电解质层17交替地层叠多层而构成的。负极板(负极)14由负极集电体11和形成于该负极集电体11的两面的负极活性物质层13构成。正极板(正极)16由正极集电体12和形成于该正极集电体12的两面的正极活性物质层15构成。此外,电解质层17是将电解液20浸透到多孔质的隔离膜(包括无纺布隔离膜)中而构成的。即,将负极板(负极)14、电解质层17及正极板(正极)16以该顺序层叠多层,使负极板14的1个负极活性物质层13和与之相邻的正极板16的1个正极活性物质层15夹着电解质层17相对而构成1个单电池层19。因而,可以说本实施方式的薄膜封装电池10具有通过将单电池层19层叠多层而使多层的单电池层19电气并联的结构。另外,虽然位于发电元件21的两个最外层的最外层负极集电体都是仅在一个面配置有负极活性物质层13,但是也可以在两面设置负极活性物质层13。即,也可以不形成为仅在一个面设有活性物质层的最外层专用的集电体,而是将两面有活性物质层的集电体直接用作最外层的集电体。此外,也可以通过使正极的配置及负极的配置与图1相反,使最外层正极集电体位于发电元件21的两个最外层,使正极活性物质层15配置在该最外层正极集电体的一个面或者两面上。以下,在本实施方式中规定,如图3所示,将在层叠方向看到的发电元件21的面称为主面21a,将从与层叠方向垂直的方向看到的发电元件21的面称为层叠侧面21b。
如图1所示,各负极板14在负极集电体11(例如铜箔)的两面通过涂敷而形成有负极活性物质层(负极电极)13,各正极板(正极)16在正极集电体12(例如铝箔)的两面通过涂敷而形成有正极活性物质层(正极电极)15。负极集电体11及正极集电体12从层叠区域延伸出来。详细而言,如图1、图2(b)所示,对于各负极集电体11、正极集电体12的没有涂敷电极材料的外延部,将负极板侧的外延部11a彼此以及正极板侧的外延部12a彼此分别一次性地超声波焊接。由此形成了作为中继部的正极集电部12b及负极集电部11b。与此同时,也通过超声波焊接使负极引板25与负极集电部11b连接、使正极引板27与正极集电部12b连接。
作为1个例子,层压薄膜封装体29像上述那样由1张矩形形状的层压薄膜对折而成,用于将发电元件21从其厚度方向两侧夹住而将其包围起来。封装体29所使用的层压薄膜是将具有热熔接性的热熔接性树脂层、金属层(例如铝箔)及(绝缘性)保护层层叠而构成的。举1个例子来说,使由PP(聚丙烯)构成的热熔接性树脂层成为本实施方式的薄膜封装电池10的内侧的层,通过将层压薄膜封装体29的外周部(外缘部)的热熔接部热熔接,形成封闭部(封口部)29f。由此将所收纳的发电元件21封闭(密封或者绝缘封口)。不过,关于本实施方式的层压薄膜封装体29,不受上述构成的任何限制,能够适当地使用以往公知的各种层压薄膜封装体。
作为电解液20,能够使用以1mol/升的LiPF6为支持电解质、以碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯的混合溶剂(质量比50:50)为溶剂的电解液。不过,在本实施方式中,电解液20不受上述电解液的任何限制。即,电解液20具有在溶剂中溶解有适量的支持电解质的形态。作为溶剂,例如,除了上述碳酸乙烯酯(EC)及碳酸丙烯酯(PC)之外,还能使用碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等碳酸酯类等溶剂。上述溶剂可以单独使用1种,也可以两种以上一起使用。此外,作为支持电解质,除了上述的LiPF6,还能使用Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、LiBF4、LiAsF6、LiTaF6、LiClO4、LiCF3SO3等。上述支持电解质可以单独使用1种,也可以两种以上一起使用。此外,支持电解质的浓度也可以在0.5mol/升~2mol/升左右的范围内适当地确定,但不受该范围的任何限制。
薄膜封装电池的制造装置
以下,使用附图对用于将电解液向薄膜封装电池单元中注液的本实施方式中的注液·浸透装置的构成进行说明。
图4是表示作为本发明的薄膜封装电气器件制造装置的一个代表性的实施方式(第1实施方式)的、用于将电解液向薄膜封装电池单元中注液·浸透的注液·浸透装置的构成的示意图。
如图4所示,本实施方式的注液·浸透装置1具有注液腔2、具有按压夹具3a的注液盒3、电解液供给管线4、排气管线5、气体导入管线6和控制部7。
控制部7对按压夹具3a、连接于排气管线5的真空泵5b、连接于电解液供给管线4的电解液的贮存箱4a进行动作控制。另外,以下,对由控制部7控制的各部分的动作进行详细说明。
在注液腔2内设置有注液盒3,该注液盒3具有按压夹具3a,该按压夹具3a用于收纳多个尚未注液电解液20的状态的电池单元10a(图4),在注液腔2的壁面上分别连接有电解液供给管线4、排气管线5及气体导入管线6。
注液盒3所配备的按压夹具3a是以将尚未注液电解液的状态的多个电池单元10a稳定地保持的方式设置的板状夹具(板构件)。在从收纳有电极组21’的袋状层压薄膜封装体29的开口部29a向该袋状层压薄膜封装体29内注液电解液20时,能够利用该按压夹具3a从电极组21’的厚度方向两侧(两主面21a侧;参照图3)夹持封装体29而将其保持。
收纳有被按压夹具3a夹持的电极组21’的层压薄膜封装体29形成为袋状。即,袋状层压薄膜封装体29在除了上方的开口部29a以外的边处被热熔接,只有开口部29a是开口的。这是为了形成能够从开口部29a将电解液20注入到收纳有电极组21’的袋状层压薄膜封装体29内的袋形状。
构成注液部件的电解液供给管线4的一端连接于用于贮存电解液的箱4a。电解液供给管线4的另一端在中途被分为多条,各个系统分别连接于电解液移送泵4c。电解液移送泵4c连接于阀门4d。阀门4d由控制部7进行开闭控制或者开度调节,能够每次少量地分多次向各系统中注液。上述的泵4c和阀门4d设置在注液腔2的外部,并与设于注液腔2内的各注液喷嘴4b相连结。电解液供给管线4的另一端侧的注液喷嘴4b以与朝上方开口的层压薄膜封装体29的开口部29a相对应的方式配置。这是为了将从电解液供给管线4供给的电解液20从开口部29a注入。
在本实施方式中,多个注液喷嘴4b能够依次移动到并排的多个电池单元10a的开口部29a上方。因而,能够由1个喷嘴4b依次重复地向4个电池单元10a供给电解液20。作为能够使注液喷嘴4b移动的结构,可以考虑例如设在注液腔2内的行驶轨道(未图示)。能够使注液喷嘴4b沿该轨道移动。
构成压力调整部件(主要是减压侧的调节部件)的排气管线5主要具有阀门5a及真空泵5b,并连接于控制部7,以便能够将注液腔2内部抽真空而使注液腔2内部减压。
构成压力调整部件(主要是加压侧的调节部件)的气体导入管线6用于通过向利用排气管线5抽真空后的注液腔2内部导入干燥空气或者非活性气体而使注液腔2的内压从真空状态或者减压状态上升。该气体导入管线6主要具有阀门6a及贮气箱6b,并且阀门6a连接于控制部7等,以便能够使注液腔2内部从真空状态或者减压状态上升(加压、升压)。
薄膜封装电池的制造方法
接下来对本实施方式的薄膜封装电池的制造方法所包括的工序进行说明。
电解液的注液·浸透方法
以下,使用附图对利用用于将电解液向薄膜封装电池单元中注液·浸透的本实施方式的注液·浸透装置1进行的电解液20的注液·浸透方法进行说明。图5的(a)~(j)是表示由本实施方式的注液·浸透装置1进行的电解液20的注液·浸透方法所得到的注液曲线和浸透状态的图。图6是表示由本实施方式的注液·浸透装置1进行的电解液20的注液·浸透方法的各注液步骤的注液量和真空压力的图。图7的(a)、图7的(b)是表示在注液时产生泡沫的状况的图。
另外,图5中的从(a)到(j)是从注液初期到注液最后阶段、注液后的压力操作过程中的电解液浸透到注液盒的左端的电池表面的状况的图。图中,用白色表示的部分是设于电池表面的最外层隔离膜在电解液浸透之前的尚未注液的部分。另一方面,用黑色表示的部分是设于电池表面的最外层隔离膜的浸透有电解液的部分。这种电池是如下这样得到的:如图1所示,电极位于通常的电池的表面,但是在本图中,为了易于监视电解液向隔离膜浸透的浸透状态,在电池表面上还设置有隔离膜。这样,本实施方式的薄膜封装电池中,并不排除任何在电极组的最外层设置隔离膜的方式。
用图5的(a)~(j)、图6所示的图表中,表示关于由图4的注液喷嘴注液的、电池单元10a的注液量与时间之间的关系。
图7的(a)是表示将注液时的减压度提高(作为高真空度)到引起阻碍电解液的浸透的空气膨胀的压力而产生泡沫并导致了电解液飞散的现有的注液状态的图。图7的(b)是表示将注液时的减压度抑制成不会引起阻碍电解液的浸透的空气膨胀的压力来抑制泡沫产生而抑制了电解液飞散的本实施方式的注液状态的图。
如图5的(a)~(j)所示,利用本实施方式的注液·浸透装置1进行的电解液20的注液·浸透方法在将注液腔2内维持成比大气压低的压力不变的状态下将规定注液量的电解液20的全量从上述开口部29a向封装体29内注液。将规定注液量的电解液20的全量注液的时间点是图5的(a)~(j)中的带圈的A的时间点。本实施方式的电解液20的注液·浸透方法在将注液腔2内的压力(减压)减压后维持不变的状态下将电解液20的全量向收纳有电极组21’的袋状层压薄膜封装体29的开口部29a注液,详细而言,如图5的(a)~(j)、图6所示,在#1注液步骤~#7注液步骤期间维持压力(减压)不变的状态下按照以下顺序进行电解液20的注液。
减压工序
如图4所示,在注液腔2内整齐地排列有多个电池单元10a。
接下来,通过控制部7,在将阀门5a打开的状态下驱动排气管线5的真空泵5b而将注液腔2内减压到比大气压低的压力。达到了规定的真空度后即关闭阀门5a。在该状态下,包括上述电极组21’的内部在内的注液腔2的内部被均匀地减压到了规定的压力。另外,如图5的(a)~(j)所示,在注液阶段(例如,图5的(a)~(j)的T1),以比注液后进行压力操作时(例如,图5的(a)~(j)的T5、T8、T10)的减压度高的压力进行注液较为理想。这样进行注液有如下的优点:在注液阶段,在电解液20向隔离膜等中浸透的期间,能够有效地防止因发泡而飞散等(对比参照图7的(a)和图7的(b))。此外,如图5的(a)~(j)、图6所示,虽然注液腔2内的减压度只要是比大气压低的压力即可,但是优选在不会导致电解液20沸腾而剧烈发泡状态的范围内减压到更接近真空的压力。由此,能够将电池单元10a内的多余的空气(气体)挤出,能够防止产生积气,能够使电解液能充分浸透。例如,优选为5kPa以下的压力,进一步优选为3kPa以下的压力,特别优选在1.5kPa~2kPa左右范围内。不过,本实施方式不受该范围的任何限制。
如图5的(a)所示,本工序中的浸透状态是电解液没有向隔离膜中浸透而整个面都是白色的。
注液工序
接下来,在将上述注液腔2内维持成通过上述减压工序达成的压力(比大气压低的压力)不变的状态下,将规定注液量(规定的电解液量)的电解液的全量从上述开口部29a向所述封装体29内注液。
详细而言,经由封装体29的上方部分的开口部29a从电解液供给管线4通过注液喷嘴4b每次少量地分多次(在图5的(a)~(j)、图6中分7次)全量注入规定注液量(规定的电解液量)的电解液20。由于电极组21’的厚度方向被按压夹具3a的板构件的整个主面适度地按压,所以电极组21’中没有供电解液20流入到电极组21’的主面21a侧的中央部的间隙。此外,由于被按压夹具3a按压,所以构成电极组21’的多个正极板、隔离膜、负极板之间的间隙较小,电解液20几乎不会流入到多个正极板、隔离膜、负极板之间。而且,因为包括电极组21’的内部在内的注液腔2的内部被均匀地减压到规定的压力,所以电解液20几乎不会因电极组21’内的负压的作用而被吸引到电极组21’的内部。因此,将规定注液量(规定的电解液量)的电解液20每次少量地分多次注入(参照图5的(a)→(b)→(d’)),直到从电极组21’的外周部到中央部附近都成为被电解液20浸泡的状态。
详细而言,如图5的(d’)所示,可知:在本工序完毕的时间点,电解液20并未浸透到电极组21’的主面21a侧的中央部,隔离膜的浸透状态也是中央部依然保持白色不变,中央部尚未浸透。
另外,如图5的(a)~(j)、图6所示,之所以在本工序中将电解液20每次少量地分多次注液,是为了防止电解液从封装体29溢出而飞散。需要花费时间来使电解液浸透到电极组21’中。即使是最终浸透的量的电解液,如果在不能完全浸透的状态下进行一次性注液,则电解液也有可能从封装体29溢出。不过,在本工序中,即使是在每次少量地分开注液的情况下,也没有供所注液的电解液20快速流入的间隙。因此可知:在本工序中注液的电解液20一边在电极组21’的上部侧产生一些泡沫(参照图7的(b)),一边慢慢地从电极组21’的比较容易被浸透的(即,有一些间隙、难以施加按压力的)外周部渗透(浸透)进去(参照图5的(a)→(b)→(d’))。另外,如图5的(a)~(j)、图6所示,将本工序中的真空压力维持成在前工序中减压到比大气压低的压力的状态而保持恒定。
此外,在本工序中,通过注液喷嘴4b向电池单元10a中每次少量地分多次注入了规定注液量(规定的电解液量)的电解液20。具体而言,如图5的(a)~(j)、图6所示的注液曲线的图表所示,从#1注液步骤至#7注液步骤分7次将规定注液量(规定的电解液量)在规定的时间内慢慢地注液。
如图5的(a)~(j)、图6所示,从1个电池单元10a来看,其在自身被注液之后,会在其他3个电池单元10a被注液后再一次被注液。因而,可知:在其它电池单元10a被注液的期间,该1个电池单元10a维持不被注液的状态。通过这样进行注液,在每次注液后的恒定时间内促进电解液的浸透这方面较为理想。不过,在本实施方式中,不受上述内容的任何限制,注液次数、注液量、注液时间、减压度等依据电池尺寸、形状、电解液浓度等来适当地确定即可。例如,较为理想的注液次数是:在不会因将电解液大量注液而发生喷出、飞散的范围内尽可能减少注液次数,从而将电解液量没有浪费地、有效地注液,缩短电解液的注液时间。在因压力条件而增加注液次数的做法能够缩短电解液的注液时间的情况下,可以说增加注液次数较为理想。
如以上所述,在使各种条件最优化的过程中确定最适当的注液次数等即可。此外,如图6所示,在本工序内,注液量具有随着注液步骤数增加而减少的倾向。这是因为,随着注液次数增加,电解液2变得难以浸透到电极组21’的主面21a侧的中央部,所以通过使注液量随着注液步骤数增加而减少,能够有效地抑制飞散。注液时间能够根据真空度、向电极组21’的浸透速度来适当地确定。减压度在如上所述那样能够抑制电解液20因沸腾而剧烈发泡、飞散的范围内设为更高的真空度较为理想。这是因为:由于空气残留在电池单元10a内部,在注液阶段,电解液也不能渗透到该残留的空气部分中,有可能产生积气。
此外,电池单元数、注液喷嘴数也适当地确定即可。例如,也可以使电池单元10a和注液喷嘴4b为相同的数量,使用固定式喷嘴,省略可动式机构、对该可动式机构进行控制的系统等,从而减少系统故障。此外,还取决于注液腔2的大小,既可以将多个注液盒设置在平面内,也可以将多个注液盒以隔开适当的间隔进行立体层叠的方式设置,还可以将上述方式组合。注液盒3也既可以是如图4所示那样将多个电池单元10a排成1列的方式,也可以是将多个电池单元10a排成多列的方式。此外,注液盒3既可以如图4所示那样是箱形,也可以是圆形。在注液盒3是圆形的情况下,多个电池单元10a在半径方向上依次排列即可。
从#1注液步骤至#7注液步骤,之所以各步骤的注液量逐渐减少,这是因为:随着注液步骤进行下去需要从电极组21’的周边部进一步朝中央部浸透进去,电解液20能够浸透的注液量也逐渐变少。因此,在本工序中,即使以规定注液量(规定的电解液量)进行注液后,电极组21’的隔离膜的中央部的相当大的部分也依然处于尚未注液状态(参照图5的(a)→(b)→(d’))。
注液工序的变形例
接下来,作为本实施方式的电解液20的注液·浸透方法的变形例,作为上述注液工序,进行如下的第1注液工序:在将注液腔内维持成减压后的压力不变的状态下,将规定注液量的电解液的一部分从上述开口部向封装体内注液。之后,进行如下的第2注液工序:在进一步使注液腔内升压到比上述压力高的压力之后,将升压后的压力保持恒定时间并将电解液的规定注液量的剩余部分注液。以下,详细说明作为本实施方式的上述注液工序而进行优选的第1注液工序和第2注液工序的优选例。
本变形例的电解液20的注液·浸透方法的特征在于,在将电解液20向收纳有电极组21’的袋状层压薄膜封装体29的开口部29a注液的过程中,使压力(减压)向大气压侧(小于大气压)回升并保持恒定时间,详细而言,本变形例的电解液20的注液·浸透方法的特征在于,如图5的(a)~(j)、图6所示,在#4注液步骤与#5步骤之间,使压力(减压)向大气压侧(小于大气压)回升,在#5注液步骤~#7注液步骤期间,将该压力保持恒定时间。于是,按照以下顺序进行电解液20的注液。
第1注液工序
接下来,在本实施方式的优选的方式中,在将注液腔2内维持成通过上述减压工序达成的压力(比大气压低的压力)不变的状态下,将规定注液量(规定的电解液量)的电解液的一部分从上述开口部29a向上述封装体29内注液。
详细而言,经由封装体29的上方部分的开口部29a,从电解液供给管线4通过注液喷嘴4b每次少量地分多次(在图5的(a)~(j)、图6中分4次)注入规定注液量(规定的电解液量)的电解液20的一部分。例如,如图5的(a)~(j)、图6的注液曲线所示,将规定注液量(规定的电解液量)的电解液20的大约60%注液。
由于电极组21’的厚度方向被按压夹具3a的板构件的整个主面适度按压,所以电极组21’中没有供电解液20流入到电极组21’的主面21a侧的中央部的间隙。此外,由于被按压夹具3a按压,所以构成电极组21’的多个正极板、隔离膜、负极板之间的间隙较小,电解液20几乎不会流入到多个正极板、隔离膜、负极板之间。而且,由于包括电极组21’的内部在内的注液腔2的内部被均匀地减压到规定的压力,所以电解液20也不会因电极组21’内的负压而被吸引到电极组21’的内部。因此,在第1注液工序中,将规定注液量(规定的电解液量)的电解液20的一部分(在图5的(a)~(j)、图6中为整体的大约6成)每次少量地分多次注入(参照图5的(b)),直到成为电极组21’的外周部被电解液20浸泡的状态。
详细而言,如图5的(b)的浸透状态所示,可知:在本工序完毕的时间点,电解液20并未浸透到电极组21’的主面21a侧的中央部,隔离膜的浸透状态也是中央部依然保持白色不变,中央部尚未浸透。另外,如图5的(a)~(j)、图6所示,之所以在本工序中将电解液20每次少量地分多次注液,这是为了防止电解液从封装体29溢出而飞散。需要花费时间来使电解液浸透到电极组21’中。即使是最终浸透的量的电解液,如果在不能完全浸透的状态下一次性地进行注液,则电解液也有可能从封装体29溢出。不过,在本工序中,即使在每次少量地分开进行注液的情况下,也没有供所注液的电解液20快速流入的间隙。因此,可知:电解液20一边在电极组21’的上部侧产生一些泡沫(参照图7的(a)),一边慢慢地从电极组21’的比较容易被浸透的(即,有一些间隙、难以施加按压力的)外周部渗透(浸透)进去(参照图5的(b))。另外,如图5的(a)~(j)、图6所示,将本工序中的真空压力维持成在前工序中减压到比大气压低的压力的状态而保持恒定。
此外,在本工序中,通过注液喷嘴4b向电池单元10a中每次少量地分多次注入了规定注液量(规定的电解液量)的电解液20的一部分。具体而言,如图5的(a)~(j)、图6所示的注液曲线的图表所示,从#1注液步骤至#4注液步骤分4次慢慢注液到规定注液量(规定的电解液量)的60%左右。
如图5的(a)~(j)、图6所示,从1个电池单元10a来看,其在自身被注液之后,会在其他的电池单元10a被注液后再一次被注液。因而,可知:在其它电池单元10a被注液的期间,该1个电池单元10a维持不被注液的状态。通过这样进行注液,在每次注液后的恒定时间内促进电解液的浸透这方面较为理想。不过,在本实施方式中,不受上述内容的任何限制,注液次数、注液量、注液时间、减压度等依据电池尺寸、形状、电解液浓度等来适当地确定即可。例如,较为理想的注液次数是:在不会因将电解液大量注液而发生喷出、飞散的范围内尽可能减少注液次数,从而将电解液量没有浪费地、有效地注液,缩短电解液的注液时间。在因压力条件而增加注液次数的做法能够缩短电解液的注液时间的情况下,可以说增加注液次数较为理想。
如以上所述,在使各种条件最优化的过程中确定最适当的注液次数等即可。此外,如图6所示,在本工序内,注液量具有随着注液步骤数增加而减少的倾向。据此可以说:出于在防止电解液的飞散的同时缩短电解液的注液时间的观点,将在维持比大气压低的压力的状态下能够注液的注液量设为大致50%~70%左右较为理想。注液时间能够根据真空度、向电极组21’浸透的浸透速度来适当地确定。减压度在如上所述那样能够在抑制电解液20因沸腾而剧烈发泡、飞散的范围内设为更高的真空度较为理想。这是因为:由于空气残留在电池单元10a内部,在注液阶段,电解液也不能渗透到该残留的空气部分中,有可能产生积气。
此外,电池单元数、注液喷嘴数也适当地确定即可。例如,也可以使电池单元10a和注液喷嘴4b为相同的数量,使用固定式喷嘴,省略可动式机构、对该可动式机构进行控制的系统等,从而减少系统故障。此外,还取决于注液腔2的大小,既可以将多个注液盒设置在平面内,也可以将多个注液盒以隔开适当的间隔进行立体层叠的方式设置,还可以将上述方式组合。注液盒3也既可以是如图4所示那样将多个电池单元10a排成1列的方式,也可以是将多个电池单元10a排成多列的方式。此外,注液盒3既可以如图4所示那样是箱形,也可以是圆形。在注液盒3是圆形的情况下,多个电池单元10a在半径方向上依次排列即可。
如上所述,从#1注液步骤至#4注液步骤,之所以各步骤的注液量逐渐减少,这是因为随着注液步骤进行下去需要从电极组21’的周边部进一步朝中央部浸透进去,电解液20能够浸透的注液量也逐渐变少。因此,在上述的本实施方式的注液工序中,在以规定注液量(规定的电解液量)进行注液后,电极组21’的隔离膜的中央部的相当大的部分也依然处于尚未注液状态(参照图5的(a)→(b)→(d’))。另一方面,在本实施方式的优选的方式的注液工序中,通过在本工序的第1注液工序后实施作为下一道工序的第2注液工序,能够使注液·浸透完规定注液量(规定的电解液量)的时间大幅度缩短。而且还能在注液后形成为到电极组21’的隔离膜的中央部为止基本上完全注液的注液状态。(对比参照直到图5的(a)→(b)→(c)→(d)为止的浸透状态和直到图5的(a)→(b)→(d’)为止的浸透状态)。
第2注液工序
在本实施方式的优选的方式中,作为第2注液工序,在使注液腔2内升压到比上述压力(比大气压低的压力)高的压力之后,将该压力(升压后的压力)保持恒定时间并将上述电解液的规定注液量(规定的电解液量)的剩余部分注液(参照图5的(a)~(j)、图6)。
具体而言,通过控制部7将气体导入管线6的阀门6a打开,向注液腔2内导入气体,升压到比注液腔2内的上述压力(比大气压低的压力)高的压力。通过进行该操作,电极组21’的主面21a侧从图5的(b)的浸透状态变成图5的(c)的浸透状态,看不到大的变化。可以说这是:由于在此期间没有注液电解液20,所以没有浸透到中央部所需的电解液量,隔离膜的浸透状态也是中央部依然保持白色不变,不能产生大的变化。
在升压到比上述压力(比大气压低的压力)高的压力之后,关闭气体导入管线6的阀门6a并将该压力(升压后的压力)保持恒定时间。在此期间,经由封装体29的上方部分的开口部29a,从电解液供给管线4通过注液喷嘴4b将电解液20的规定注液量(规定的电解液量)的剩余部分每次少量地分多次(在图5的(a)~(j)、图6中分3次)注液。具体而言,如图5的(a)~(j)、图6的注液曲线所示,可知:将规定注液量(规定的电解液量)的电解液20的约为40%的剩余部分注液。通过如此进行操作,能够使电解液20浸透到电极组21’的主面21a侧的中央部。此外,通过将规定注液量(规定的电解液量)全部注液,将会注入成液面变得比电极组21’的上端面靠上的状态。另外,如果是即使将规定注液量(规定的电解液量)全部注液、液面也比电极组21’的上端面靠下的状态,则是注液不足的状态,在充放电过程中,电极的一部分、隔离膜的一部分会成为干燥状态,有可能导致电池性能降低。可以认为其原因在于:由于电解液的一部分在注液过程中飞散,不能将所期望的电解液量注液到电池单元10a内等。因此,在这种情况下,通过进一步进行电解液20的注液来注入成液面成为比电极组21’的上端面靠上的状态较为理想。
如图5的(d)所示,可知:在本工序完毕的时间点,电解液20浸透到了电极组21’的主面21a侧的中央部,隔离膜的浸透状态也只有中央部的一部分依然是白色,能够充分浸透。其原因在于:虽然由于导入气体而使注液腔2内的压力瞬时上升到比上述压力高的压力,但是电极组21’的内部依然是被抽真空而减压后的状态。因此,会在电池单元10a的电极组21’的内部与注液腔2内之间产生压力差。即,由于电极组21’的内部是更高的真空状态(减压状态),所以通过将电解液20每次少量地分多次(在图5的(a)~(j)、图6中分3次)注液,电解液就会在该负压的作用下迅速浸透到电极组21’的中央部(被吸入)。其结果,电解液的浸透性提高,能够缩短注液时间。另一方面,可知:在维持第1注液工序时的减压状态不变而不升压到比该压力高的压力、而是将电解液20每次少量地分多次(在图5的(a)~(j)中总共分7次)注液直到图5的(a)~(j)所示的带圈的A点为止的情况下,如图5的(d’)的浸透状态那样,向中央部的浸透几乎没有进展,结果是在中央部残留较大的尚未浸透部分。
另外,在电解液20的量不够作为薄膜封装电池10所需要的量的情况下,可以进一步将本工序作为每次少量地分多次进行注液的操作来重复进行。
在本工序中,使在注液腔2内保持恒定时间的压力比第1注液工序时的真空压力与大气压之和的一半的值低较为理想(参照图5的(a)~(j)及图6)。即,由于比第1注液工序时的真空压力与大气压之和的一半的值低,所以与之前的压力(比大气压低的压力)的压力差不会过大,能够防止电解液飞散(参照图7的(a))。不过,与此相反,即使与之前的压力(比大气压低的压力)的压力差过小,也有可能如图5的(d’)那样不能获得充分的浸透性提高效果,因此,具体而言,可以说设置至少为1kPa以上的压力差较为理想,优选设置10kPa以上的压力差,进一步优选设置15kPa~20kPa左右的压力差。不过,本实施方式的优选的方式不受该范围的任何限制。
此外,在本工序中,也可以一边使注液腔2内的压力阶段性地升高,一边在各阶段中将压力保持恒定时间并将电解液20注液。在这种情况下,也可以说满足上述压力条件更加理想。通过进行该操作,具有如下的优点:能够阶段性地促进浸透(速度),能够缩短注液时间。虽未图示,该操作例如也可以如下这样进行:一边使注液腔2内的压力例如以从前工序的压力起(1)15kPa→(2)20kPa→(3)25kPa的方式阶段性地升高,一边在各阶段中将压力保持恒定时间并将电解液20注液。在此,例如,在上述(1)阶段中,将15kPa的压力保持时间TA,在此期间将电解液20每次少量地分两次注液,之后在比时间TA短的时间TB内升压至上述(2)阶段的压力。同样,在上述(2)阶段中,将20kPa的压力保持时间TA,在此期间将电解液20每次少量地分两次注液,之后在时间TB内升压至上述(3)阶段的压力。最后,在上述(3)阶段中,也可以将25kPa的压力保持时间TA,在此期间将电解液20每次少量地分两次注液。不过,本实施方式的优选的方式不受上述例子的任何限制。通过使压力阶段性地升高,能够阶段性地促进浸透(速度),出于这一观点,可以说:若使在上述(3)阶段(=与前工序之间的压力差最大的阶段)中的保持时间及注液量(及注液次数)比其他阶段多,则更有效。
此外,如图5的(a)~(j)、图6所示,在第1注液工序和本第2注液工序这两个工序中,将电解液(每次少量)分数次来进行注液,并且使本第2注液工序中的各次的注液量比第1注液工序的最后一次的注液量多较为理想。通过进行该操作,在前一道工序和本工序中压力发生变化,从而与在本工序中电解液变得易于浸透相应地能够增加注液量,能够缩短注液时间。该效果如下:最后停止由注液喷嘴4b进行的电解液20的注液。具体而言,通过控制部7使各泵4c、阀门4d及注液喷嘴4b的驱动电机停止。由此能够结束第2注液工序,能够实现本实施方式的电解液的注液·浸透方法的优选的方式。
像以上所描述的那样,在本实施方式的电解液的注液·浸透方法的优选的方式中,由于在较高的压力下保持恒定时间,所以能够利用压力差来促进浸透,能够缩短注液时间。除此之外,即便使用柔软的层压薄膜作为薄膜封装电池的封装材料,也不会在层叠面之间产生松弛,还能够抑制电解液注液时隔离膜产生褶皱。
注液工序之后的操作
后处理(1)
本实施方式的特征在于,如图5的(a)~(j)、图6所示,作为后处理(1),在上述注液工序(包括上述的优选的方式)之后进行注液后的减压工序,即,将注液腔2内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。之后,也可以根据需要,在封闭上述开口部之前进行加减压工序,即,将注液腔内的压力加压到比上述注液工序时的压力高的压力,再进行减压。最后,通过依次进行在封闭开口部29a的封闭工序之后使注液腔2内的压力回升至大气压的升压工序,能够得到(生产)注液·浸透有电解液的薄膜封装电池10。以下,依次说明上述各工序。
注液后的减压工序
在注液后的减压工序中,在上述注液工序之后,将注液腔2内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。由于将注液腔2内的压力减压成比注液时的压力低的压力,所以具有能够使电解液比注液时进一步凝缩而进一步渗透的优点。具体而言,如图5的(a)~(j)中用空心粗箭头所表示的那样,图5的(g)中的压力(注液后的最大负压)被减压到比图5的(b)中的压力(注液时的最大负压)低的压力较为理想。图5的(a)~(j)中,既可以按照从图5的(d’)向图5的(g)的图6的带圈的数字1这条虚线路线减压到比注液工序时的压力低的压力,也可以按照从图5的(d)向图5的(g)的图6的带圈的数字2这条虚线路线减压到比注液工序时的压力低的压力。优选按照图5的(d)或图5的(d’)→图5的(e)或图5的(e’)→图5的(f)→图5的(g)的图6的带圈的数字3这条实线路线减压到比注液工序时的压力低的压力。特别优选按照经过优选的方式的注液工序的、图5的(d)→图5的(e)→图5的(f)→图5的(g)的图6的带圈的数字3这条实线路线减压到比注液工序时的压力低的压力。
在本工序中,将上述注液工序中的压力设为不会引起阻碍电解液向上述电极组浸透的空气膨胀的压力、并将上述注液后的减压工序中的压力设为电解液不沸腾的压力较为理想。这是因为:在注液完毕之前,残留在电极组21’中的空气较多,所以若过度减压,则会产生泡沫而浸透不会进展(参照图7的(b)),因此,设为考虑了这方面因素的压力,在注液完毕之后,设为考虑了不能使电解液的沸点成为作业温度的压力,而不是考虑了残留空气的压力。另外,作为不会引起阻碍电解液浸透的空气膨胀的压力,只要是如图7的(a)所示那样抑制泡沫产生、使电解液的浸透能够进行的压力即可。在超过该压力的情况下,可以视作如图7的(b)所示那样剧烈地产生泡沫、发生电解液飞散等情况而引起阻碍电解液浸透的空气膨胀的压力。此外,从注液过程中到注液完毕后的注液腔内的温度无需进行特别管理,能够在室温(大致在0℃~40℃的范围)状态下实施。因此,所谓考虑了注液完毕后的作业温度为不超过电解液的沸点的作业温度的压力也可以是图5的(a)~(j)的带圈的C的压力(高真空状态)。在图5的(a)~(j)的带圈的C时间点的图5的(g)的浸透状态下,也未发现电解液的沸腾,可知满足上述必要条件。即,可以说:只要是图5的(a)~(j)、图6所示的从大气压到最大负压(图5的(a)~(j)的带圈的C等注液后的减压时的压力)的范围内的压力,就满足上述必要条件。
此外,在本工序中,如图5的(a)~(j)、图6所示,在上述注液工序之后、进行本工序前,注液腔2内的压力可以是事先被加压(升压)的。在加压时加压到大气压较为理想。这是因为:由于加压到大气压,所以能够获得与注液时的压力之间的较大的压力差,能够促进浸透。除此之外,还因为为了回升到大气压只需停止抽真空即可,所以结构简单。通过进行该操作,在优选的注液工序之后进行加压的情况下,电极组21’的主面21a侧从图5的(d)的浸透状态变成图5的(e)的浸透状态,认为在中央部促进了浸透。这可以说是:由于在此期间电极组21’内被加压,所以能够获得与注液的压力之间的较大的压力差,促进了所注液的电解液20向中央部浸透。除此之外,如图5的(e)那样,注液后的电解液20浸透到了电极组21’内部,如图5的(a)~(j)、图6所示,即使急剧地加压(升压),所浸透的电解液20也不会飞散,能够在短时间内回升至大气压,能够有助于缩短注液工序。
而且,如图5的(a)~(j)、图6所示,在注液工序之后事先加压(升压)时,将压力保持恒定时间较为理想(参照图5的(a)~(j)、图6的T2~T3的TC期间的保持大气压的阶段)。在加压时,通过将压力保持恒定时间,能够促进浸透。通过进行该操作,电极组21’的主面21a侧成为图5的(e)或图5的(e’)→图5的(f)的浸透状态,认为在中央部促进了浸透。这可以说是:由于在此期间电极组21’内被加压,所以能够获得与注液时的压力之间的较大的压力差,促进了所注液的电解液20向中央部浸透。
在本实施方式中的注液后的减压工序中,在如上所述那样根据需要进行加压之后,将注液腔2内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。不过,不言而喻,在注液之后,也可以不进行加压,而是将注液腔内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。
加减压工序
加减压工序是根据需要而在上述注液工序之后、具体而言是在上述注液后的减压工序之后、封闭之前进行的工序。即,在本实施方式中,在上述注液工序之后、具体而言是在所述注液后的减压工序之后、封闭开口部29a之前,重复进行1次或多次将注液腔2内的压力加压成比上述注液工序时的压力高的压力、再进行减压这一循环。由此,由于在注液之后、封闭之前进行加减压,所以能够促进浸透。由于是在注液之后进行加减压,所以具有如下的优点:电解液20被隔离膜保持,即使进行加减压也不会引起飞散。
例如,如图5的(a)~(j)、图6所示,在上述注液工序之后、具体而言是在上述注液后的减压工序之后(图5的(g)的时间点之后)、封闭开口部29a之前,将注液腔2内的压力加压成比上述注液工序(包括上述第1注液工序及第2注液工序)时的压力高的压力(参照图5的(h))。该操作是如下这样进行的:通过控制部7将气体导入管线6的阀门6a打开,将气体导入到注液腔2内,将注液腔2内加压到比上述注液工序时的压力高的压力(参照图5(a)~(j)、图6的T4~T6的升压阶段)。
在本工序中,在进行加压时,如图5的(a)~(j)、图6所示,加压到大气压较为理想。这是因为:通过加压到大气压,能获得与注液时的压力之间的较大的压力差,能够促进浸透。除此之外,由于为了回升到大气压只需停止抽真空即可,所以还具有结构简易的优点。通过进行该操作,电极组21’的主面21a侧成为图5的(g)→图5的(h)的浸透状态,认为在中央部大幅地促进了浸透。
而且,如图5的(a)~(j)、图6所示,在进行加压时,还将压力保持恒定时间较为理想(参照在图5的(a)~(j)、图6的T6~T7期间内保持大气压的阶段)。通过在进行加压时将压力保持恒定时间,能够促进浸透。通过进行该操作,电极组21’的主面21a侧从图5的(g)的浸透状态变成图5的(h)的浸透状态,认为大幅度地促进了电解液在中央部的浸透。这可以说是:由于在此期间电极组21’内被加压,所以能获得与注液时的压力之间的较大的压力差,大幅度地促进了所注液的电解液20向中央部浸透。
在本实施方式中的加减压工序中,在上述加压之后,再使注液腔2内的压力减压。在进行减压时,减压到比上述注液工序(包括上述的优选的方式的第1注液工序及第2注液工序)的注液时的压力更低的压力较为理想。该操作如下这样进行:通过控制部7,在打开了阀门5a的状态下驱动排气管线5的真空泵5b,使注液腔2内减压(优选减压到比上述注液工序的注液时的压力更低的压力)。达到了规定的真空度之后即关闭阀门5a。在本工序中,由于在加压之后再进行减压,而且由于优选在加压之后再减压成比注液时的压力更低的压力,所以具有如下的优点:能够使电解液20比注液时进一步凝缩而进一步渗透。虽未图示此时的浸透状态,但是使电解液20凝缩而进一步渗透(浸透)到电极群21’内部,促进电解液20浸透到隔离膜的中央部,能够使中央部的尚未浸透的白色部分进一步减少。此外,此外,如图5的(a)~(j)所示,即使急剧减压到比注液时的压力更低的压力,也能抑制所浸透的电解液20沸腾,因此,既不会导致电解液飞散,又能够在短时间内进行减压,通过本实施方式中的加减压工序能够大幅度地有助于缩短在注液电解液之后使电解液浸透所需要的时间。
此外,在本实施方式中的加减压工序中,较为理想的是:在加压及减压时,分别将压力保持恒定时间,并且使加压时的压力的保持时间比减压时的压力的保持时间长。其原因在于:由于加压时使浸透进展,所以通过使该加压时的压力的保持时间较长,能够促进浸透。具体而言,如图5的(a)~(j)、图6所示,可知:在加压时,在T6~T7期间内保持大气压,在减压时,在T8~T9期间内保持比注液时的压力低的压力,加压时的压力保持时间比减压时的压力保持时间长。
而且,在本工序中,重复多次加压及减压的循环较为理想(在图5的(a)~(j)、图6中表示进行了两个循环的例子)。由于进行多个循环,所以能够进一步促进电解液的浸透。具体而言,可知:通过从第1循环的加压时的图5的(h)的浸透状态和第2循环的加压时的图5的(i)的浸透状态起进行多个循环,能够进一步促进电解液的浸透。
封闭工序
在本实施方式中,在上述注液后的减压工序之后,在根据需要进行了上述加减压工序之后依次进行封闭工序、升压工序,能够得到(生产)注液·浸透有电解液的薄膜封装电池10。以下,说明在上述注液后的减压工序之后进行上述加减压工序之后的封闭工序、升压工序,但是在上述注液后的减压工序之后不进行上述加减压工序就进行封闭工序、升压工序的情况下,也能同样地进行以下说明的封闭工序、升压工序。
在封闭工序中,在上述加减压工序之后,在保持该压力不变的状态下(图5的(a)~(j)的带圈的C的时间点的压力),或者在电解液不沸腾的范围内减压到更低的压力的状态下(高真空状态),通过热熔接将开口部29a封闭(密封、封口)。在后者的情况下,通过控制部7,在将阀门5a打开的状态下驱动排气管线5的真空泵5b而在电解液不沸腾的范围内将注液腔2内减压到更低的压力(高真空状态)。达到了规定的真空度后即关闭阀门5a。接下来,使用设于注液腔2内的热压接(熔接)部件(未图示),通过热熔接将开口部29a封闭(密封、封口)即可。
不过,在之后的首次充放电时(特别是首次充电时),会有在薄膜封装电池10内产生比较多的气体这种特有的现象,在第2次以后的充放电时就几乎不会发现产生这样的气体。因此,在该封闭工序中,以保留开口部的一部分的方式进行热熔接而封闭,并使用适当的夹子等拆装自如的封闭构件将所保留的开口部封闭(临时封闭)成开闭自如的状态后放置较为理想。并且,在后工序中进行了首次充放电之后拆下该夹子等封闭构件使所保留的开口部开口,将薄膜封装电池10内产生的比较多的气体排除到薄膜封装电池10外部之后(例如,减压去除之后),通过热熔接最终将该开口部可靠地封闭(密封、封口)较为理想。
升压工序
在封闭工序之后,通过进行使注液腔2内的压力回升至大气压的升压工序,能够得到(生产)注液·浸透有电解液20的薄膜封装电池10。详细而言,通过控制部7,将气体导入管线6的阀门6a打开,向注液腔2内导入气体,使注液腔2内的压力回升至大气压。由此,能够完成利用本实施方式的注液·浸透装置1进行的电解液20的注液·浸透方法。通过进行该操作,电极组21’的主面21a侧从图5的(i)的浸透状态变成图5的(j)的浸透状态,但是两种浸透状态都促进了浸透直到中央部,所以隔离膜的浸透状态也是在中央部几乎不会发现白色部分,隔离膜的浸透状态也是中央部依然保持白色不变,可以说没有发生大的变化。
另外,在上述注液后的减压工序之后不进行加减压工序而立即进行封闭工序及升压工序的情况下,能够与在上述封闭工序及升压工序中说明的方式同样地进行该封闭工序及升压工序。因此,在此省略说明。
电解液的注液的改良
接下来,使用图4进行说明本实施方式中的电解液20的注液·浸透方法。电解液20从电极组21’的层叠侧面21b侧浸透到了电池元件21中。矩形形状的电池元件21具有4个层叠侧面21b,从缩短注液时间及防止使层压薄膜封装体29产生褶皱的方面考虑,重要的是:有效地利用所有上述4个层叠侧面21b进行电解液20的注液。因此,也可以使注液喷嘴4b以如下方式注液:每进行1次注液,就一边从开口部29的一端行进至另一端,一边使规定量的电解液20以从开口部29的一端到另一端均匀地分布的方式进行注液。还可以以如下方式进行注液:使用顶端能够从正下方向向左右倾斜(可动)到上方45°左右的注液喷嘴4b,以每进行1次注液就能使规定量的电解液20以从开口部29的一端到另一端均匀地分布的方式进行注液。不过,本实施方式并不受上述例子的任何限制,可以适当地选择能够均匀地注液的现有的注液·浸透方法。
像以上所描述的那样,采用本实施方式的薄膜封装电池的制造方法及其装置、尤其是向薄膜封装电池单元注液·浸透电解液的方法及其装置,能够获得以下的作用效果。(1)由于在注液之后减压到比注液时的压力低的压力(真空侧),所以能够使电解液比注液时进一步凝缩而进一步渗透。此外,(2)在注液完毕之前,残留在电池层叠体中的空气较多,所以若过度减压就会产生泡沫,浸透不会进展,因此,通过将注液过程中的压力(减压)设为不会引起阻碍电解液浸透的空气膨胀的压力,能够设为考虑了以上因素的压力。除此之外,在注液完毕之后,通过将注液后的压力设为电解液不沸腾的压力,能够设为考虑了不使电解液的沸点成为作业温度这方面因素的压力,而不是考虑了残留空气的压力。(3)在比大气压低的压力下进行注液之后,通过将比上述压力高的压力保持恒定时间来进行注液,由于在较高的压力下保持恒定时间,所以能够利用压力差大幅度地促进电解液的浸透。(4)通过在注液之后、封闭之前进行1次或多次加压成比注液时的压力高的压力再进行减压这一循环,能够进一步促进电解液浸透。此外,由于是注液后进行该循环,所以电解液被隔离膜保持,即使进行加减压,也不会引起飞散。
附图标记说明
1、电解液的注液·浸透装置;2、注液腔;3、注液盒;3a、按压夹具;4、电解液供给管线;4a、电解液的贮存箱;4b、注液喷嘴;4c、电解液供给管线上的电解液供给泵;4d、电解液供给管线上的开闭阀门或者液体流量调整阀门;5、排气管线;5a、排气用开闭阀门;5b、排气用的真空泵;6、气体导入管线;6a、气体导入管线上的开闭阀门或者气体流量调整阀门;6b、气体的贮存箱;7、控制部;10、薄膜封装电池(薄膜封装电气器件);10a、薄膜封装电池单元;11、负极集电体;11a、负极(来自于集电体的)外延部;11b、负极集电部;12、正极集电体;12a、正极(来自于集电体的)外延部;12b、正极集电部;13、负极活性物质层;14、负极板(=负极);15、正极活性物质层;16、正极板(=正极);17、电解质层(浸透有电解液的隔离膜);19、单电池层;20、电解液;21、电池元件;21a、电池元件的主面;21b、电池元件的层叠侧面;25、负极引板;27、正极引板;29、层压薄膜封装体;29a、层压薄膜封装体的开口部;29b、层压薄膜封装体的底部;29e、层压薄膜封装体的凹部;29f、层压薄膜封装体的封闭部或者封口部。
Claims (6)
1.一种薄膜封装电气器件的制造方法,其中,
该薄膜封装电气器件的制造方法包括以下工序:
减压工序,将设置有袋状层压薄膜封装体的注液腔内减压到比大气压低的压力,该袋状层压薄膜封装体具有开口部,并收纳有电极组,该电极组具有夹着隔离膜层叠起来的正极和负极;
注液工序,在上述减压工序之后,在维持通过上述减压工序达成的压力不变的状态下,将规定注液量的电解液从上述开口部向封装体内注液;
注液后的减压工序,在上述注液工序之后,将注液腔内的压力减压到比上述注液工序时的压力低的压力。
2.根据权利要求1所述的薄膜封装电气器件的制造方法,其特征在于,
上述注液工序中的压力是不引起阻碍电解液向上述电极组浸透的空气膨胀的压力,
上述注液后的减压工序中的压力是电解液不沸腾的压力。
3.根据权利要求1所述的薄膜封装电气器件的制造方法,其特征在于,
在上述注液工序中,将规定注液量的电解液分多次从上述开口部向封装体内注液。
4.根据权利要求2所述的薄膜封装电气器件的制造方法,其特征在于,
在上述注液工序中,将规定注液量的电解液分多次从上述开口部向封装体内注液。
5.根据权利要求1~4中任1项所述的薄膜封装电气器件的制造方法,其特征在于,
该薄膜封装电气器件的制造方法在上述注液工序之后、封闭上述开口部之前还具有加减压工序,在该加减压工序中,重复进行1次或多次将注液腔内的压力加压成比上述注液工序时的压力高的压力再进行减压这一循环。
6.一种薄膜封装电气器件的制造装置,其特征在于,
该薄膜封装电气器件的制造装置具有:
压力调整部件,其用于对设置有袋状层压薄膜封装体的注液腔内的压力进行调整,该袋状层压薄膜封装体具有开口部,并收纳有电极组,该电极组具有夹着隔离膜层叠起来的正极和负极;
注液部件,其用于将电解液从上述开口部注入到封装体内;
控制部件,其进行如下控制:利用上述压力调整部件使注液腔内减压到比大气压低的压力,在维持减压后的压力不变的状态下,利用上述注液部件使规定注液量的电解液向封装体内注液,之后,利用上述压力调整部件在上述注液之后将注液腔内的压力减压到比上述注液时的压力低的压力。
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